Diagramas de Fase. Objetivos:

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Dina Monteiro Bayer
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1 1 Diagramas de Fase Objetivos: Interpretar diagramas de fases de substâncias puras Deslocamento da fronteira entre as fases Interpretar diagramas de fases de compostos Diagramas de misturas líquidas Diagramas de pressão de vapor Diagramas de temperatura composição Graus de liberdade A regra das fases A regra da alavanca Destilação de líquidos azeótropos Sistemas ternários

Diagramas de misturas líquidas Diagramas de pressão de vapor Diagramas de temperatura

2 2

3 3 Diagramas de fase da água

4 4 Diagramas de fase do CO 2 Sólido, líquido e vapor

5 5 Exercício Use o diagrama de fase do CO 2 para descrever as mudanças de fase quando variam as seguintes condições: A) de 50K para 350K a uma pressão de 1,00 bar B) de 50K para 350K, a uma pressão de 10 bar C) de 1 bar para 100 bar, a uma temperatura de 220 K

para 350K a uma pressão de 1,00 bar B) de 50K para 350K, a uma

6 6 Diagramas de fase do S 8 Sólido-sólido, líquido e vapor

7 7

8 8 Diagramas de fase do Carbono Sólido-sólido, líquido e vapor

9 9 Diagramas de fase Sólido Líquido Ferro-Carbono

10 10 Diagramas de Fase Objetivos: Interpretar diagramas de fases de substâncias puras Deslocamento da fronteira entre as fases Interpretar diagramas de fases de compostos Diagramas de misturas líquidas Diagramas de pressão de vapor Diagramas de temperatura composição Graus de liberdade A regra das fases A regra da alavanca Destilação de líquidos azeótropos Sistemas ternários

11 11 Deslocamento da fronteira entre as fases Equação de Clapeyron Equação de Clausius-Clapeyron Exercício: Calcule a pressão necessária para fundir água a -10 o C, sabendo que o volume molar da água líquida é 18,01 ml e que o volume molar do gelo é 19,64 ml. S molar para o processo é +22,04 J/K. Admita que estes valores permanecem relativamente constantes com a temperatura. Você precisará do seguinte fator de conversão: 1L.bar = 100 J

ml e que o volume molar do gelo é 19,64 ml. S molar para o processo é +22,04 J/K.

12 12 Interpretar diagramas de fases de compostos Diagramas de misturas líquidas Variando Pressão, T = cte Variando Temperatura, P=cte líquido L+v vapor

13 13 Fazer no quadro

14 14 Destilação Fracionada Utilizada quando a diferença nas temperaturas de ebulição de dois líquidos miscíveis é reduzida. O vapor (contendo A e B) é recolhido e condensado. Este condensado é aquecido novamente e o vapor gerado (mais rico no componente com menor temperatura de ebulição) será condensado novamente. Este ciclo se repete inúmeras vezes, até separar o componente mais volátil quase puro.

Este condensado é aquecido novamente e o vapor gerado (mais rico no componente com menor

15 15 Interpretar diagramas de fases de compostos Diagramas de misturas líquidas Destilação simples separação de misturas voláteis Vapor contendo A e B, mas rico em A Mistura de A e B Sendo que P o A > P o B Vapor liquefeito contendo A e B, mas rico em A

voláteis Vapor contendo A e B, mas rico em A Mistura de A e B

16 16 Interpretar diagramas de fases de compostos Diagramas de misturas líquidas Destilação fracionada separação de misturas voláteis Para obter a mistura separada é necessário repetir várias vezes o processo de destilação ou Destilação em coluna de fracionamento.

voláteis Para obter a mistura separada é necessário repetir

17 17 Colunas de Fracionamento Uma coluna de fracionamento é projetada para realizar uma série de condensações de vapor e vaporização contínua de condensado, ou seja, uma destilação fracionada é composta por várias microdestilações simples sucessivas.

$fracionada é composta por várias microdestilações simples$

18 18 Colunas de Fracionamento Ao iniciar o aquecimento da mistura contida no balão de destilação, dois líquidos entram em ebulição e começam a subir a coluna de fracionamento. O líquido que tem maior pressão de vapor se volatiliza primeiro e ganha a coluna de fracionamento. À medida que o vapor de líquido mais volátil sobe pela coluna ocorre perda de energia e consequentemente as moléculas se condensam, ocasionando o retorno do líquido, que se choca com as moléculas que estão subindo a coluna, enriquecendo o vapor com o componente mais volátil. Apenas uma parte do líquido mais volátil no estado gasoso consegue sair da coluna. Quanto maior a superfície de contato da coluna, maior sua capacidade em separar os componentes.

À medida que o vapor de líquido mais volátil sobe pela coluna ocorre perda de energia e consequentemente as moléculas se condensam, ocasionando o retorno do líquido, que se choca

19 19 Aplicação Industrial

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21 21 Azeótropos - Misturas azeotrópicas Na composição azeotrópica: composição do vapor = composição líquido. Portanto a destilação não contribui mais para a separação dos dois líquidos.

22 22 Azeótropos - Misturas azeotrópicas Exemplo de misturas azeotrópicas de máximo: -HCl e H 2 O (20/80 % m/m) a 108,6 o C. - CHCl 3 e acetona (80/20) a 64,7 o C.

23 23 Azeótropos - Misturas azeotrópicas Na composição azeotrópica: composição do vapor = composição líquido. Portanto a destilação não contribui mais para a separação dos dois líquidos. Exemplo: Etanol/água 96/4

24 24 Líquidos parcialmente miscíveis Separação entre fases: líquidos líquido Fase rica em hexano Líquidos parcialmente solúveis não se solubilizam mutuamente em todas as proporções, em todas as temperaturas. Em a existem 2 fases de composição a e a, rica em hexano e rica em nitrobenzeno respectivamente Fase rica em nitrobenzeno Acima de Tcs (temperatura crítica de solução) os componentes são completamente miscíveis

25 25 Destilação de Líquidos parcialmente miscíveis Separação entre fases: L+v Ponto Azeotrópico miscível miscível lmiscível miscível imiscível Fase rica A Fase rica em B

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